光蓄互补系统 仿真结果示意
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优化
数学模型
目标函数
- 方案全寿命周期内成本净现值（NPC）最小
约束条件 - 最大负荷损失率
- 最大运行容量损失率
- 必须确保的重要负荷比例 - 最低可再生能源发电量比例
- 最大年化石燃料消耗量
- 最大污染物排放量 - 最低蓄电池寿命 - 年末储氢水平 - 微网与电网的最大交换功率（并网）、年最大购电量（可选）。。。 电气与自动化工程学院·
响 敏感变量
- 用户输入多个数值的输入变量 - 普通输入变量和小时级输入变量
灵敏度分析场景
- 不同敏感变量的取值组合构成一个场景 - 对每个案例分别进行优化
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灵敏度分析
应用
- 处理参数的不确定性 - 评估、额外投资（系统设计）
- 最优发电技术（能源规划）
- 具有竞争力价格（市场分析） - 激励政策（政策制定）
数学模型
- 目标函数 光伏系统寿命周期内的费用，包括PV方阵、逆变器、线路等投资、运 行维护费用及更新费用。 - 约束条件 PV组件安装面积、额定功率、年发电量。 - 决策变量 PV方阵倾角、方位角，容量，型号及串并联形式； 逆变器容量，型号；
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并网光伏系统设计
系统结构
详细设计中软件辅助、优化功能不强。 气象及光伏数据管理、分析功能强大
独立光伏系统中没有考虑逆变器
遮挡分析功能强大。 专业光伏系统设计软件，无法对含多种可再生能源的混合 系统进行优化设计。
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汇报提纲：
一、PVSYST软件介绍 二、HOMER软件介绍 三、总结
四、今后工作安排
- 将可行方案按 NPC 大小从低到高依次排序，也按不同类型系统配置方 案进行排序
- NPC最低的可行方案即为最优方案
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优化
以风蓄互补系统为例
系统结构 决策变量，7×1×1×5×7×2=490
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优化
优化结果
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灵敏度分析
作用：量化分析输入参数的不确定性对系统优化设计的影
优化
数学模型
决策变量 - PV容量；风机个数
- 是否存在小水电
- 发电机容量 - 蓄电池个数
- 逆变器容量
- 电解槽容量 - 储氢槽容量 - 能量调度策略 - 从电网获取的最大功率
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优化
优化过程
- 遍历系统所有的配置组合行方案的NPC
- 1次优化 = 多次仿真
- 1次灵敏度分析 = 多次优化
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仿真
灵活的建模能力
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仿真
作用：系统技术经济性分析
输入参数：系统结构及控制策略 步长及时间：1小时、1年 仿真过程：全年8760小时基于能量平衡仿真 输出结果：
- 技术上是否可行 - 系统成本关键参数
获取初步设计结果
系统详细仿真 （小时级）
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获取详细设计结果
抽水光伏系统设计
数学模型
- 目标函数 光伏系统寿命周期内的费用，包括PV方阵、抽水泵、控制器等初始投 资、运行维护及更新费用。 - 约束条件 最大负荷损失率。设备寿命。 - 决策变量 PV方阵倾角、方位角，容量，型号及串并联形式； 抽水泵容量，型号及串并联形式；
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PVSYST软件介绍
模型及概况
Type of POA Model Radiation Model system Hay, Perez et al. Array Performance One-diode equivalent circuit. Modified one-diode for stabilized aSi, CiS and CdTe thin-film modules. Also, Incident angle modifier, and air mass correction. Modeled PV Weather and Economics/ Model Technologies Insolation Financing Status cSi, μc-Si, HIT, TF (CdTe, CiS, aSi) Meteonorm, Satellight, TMY 2, ISMEMPA, Helioclim-1 and 3, NASASSE, WRDC, PVGIS-ESRA, RETScreen. System financing, feed-in tariffs, annual and used energy costs. Developed in the mid 1990s. Currently updated in 2009 with version 5.05.
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灵敏度分析
以风蓄互补系统为例
系统结构
敏感变量，4×7=28
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灵敏度分析
参数灵敏度分析结果
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物理模型
构成
- 负荷 - 资源
- 元件
- 控制策略
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物理模型
负荷
- 重要负荷 - 可延迟负荷
- 热负荷
- 氢负荷
- 决策变量
PV方阵倾角、方位角，容量，型号及串并联形式； 蓄电池组容量，型号及串并联形式；
控制策略；
备用柴发的型号及容量（如果有）
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独立光伏系统设计
系统结构
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独立光伏系统设计
初步设计 详细设计
输入工程所在地更加详 细的地理、气候信息
设计步骤
- 初步设计 - 详细设计
蓄电池模型
简化的Kinetic Battery Model (KiBaM)模型
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HOMER模型简介
仿真模型选择
- 原则 - 时序仿真 - 统计学模型 - 加图。。。
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HOMER基本功能
3个基本核心功能：
- 仿真
- 优化 - 灵敏度分析
核心功能之间的关系：
确定系统配置/结构
蓄水池、PV阵 列容量优化
系统详细仿真 （小时级）
获取初步设计结果
获取详细设计结果
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PVSYST小结
优化：核心分 2 步进行优化设计，首先进行初步设计，对 系统进行概要的优化设计。然后进行详细设计，辅助用户
对系统结构进行校验，并对初步设计结果进行改进。感觉
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HOMER软件介绍
来源：美国国家可再生能源实验室 NREL于1993年开发的混
合电力系统分析设计软件 功能：系统仿真、优化、和灵敏度分析。 独特功能：非常灵活的建模能力，基于净现值的系统优化， 参数灵敏度分析。 适用范围：微网系统 适用人群：系统设计、能源规划、市场分析、政策制定等 人员
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能量调度/控制策略
构成
- 运行备用 - 可调度能源控制
- 调度策略
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并网光伏系统设计
初步设计 详细设计
输入工程所在地更加详细的 地理、气候信息
设计步骤
- 初步设计 - 详细设计
输入工程所在地位 置、地理、气候信息
输入系统信息
优化光伏阵列跟踪系统
PV阵列倾角及方位角 优化
确定系统配置/结构
PV组件的类型及安装条件
确定遮挡信息
系统快速仿真
输入详细的负荷信息
光伏&混合系统软件介绍
——PVSYST&HOMER 于波
2010-05-15
汇报提纲：
一、PVSYST软件介绍 二、HOMER软件介绍 三、总结
四、今后工作安排
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PVSYST软件介绍
来源：瑞士日内瓦大学能源课题组于 1990年代中期开发的
光伏系统分析设计软件 功能：并网、独立、抽水和直流光伏系统的仿真计算。 初始设计、工程设计、数据分析/工具箱。 独特功能：遮挡对光伏阵列功率输出影响，详细的光伏阵 列损耗分析等 适用范围：任何有气象、太阳能辐射数据的地区 适用人群：建筑师、设计师和研究人员
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光伏系统设计步骤
初步设计
- 适用于并网、独立或抽水系统 - 考虑很少的输入数据
- 以月为仿真步长，确定光伏系统容量及粗略的经济评价
详细设计
- 适用于并网、独立、抽水和直流光伏系统
- 详尽的输入数据
- 以小时为仿真步长，确定系统的组成、详细的经济评价并自动生成报 告
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HOMER was developed in 1993, and is available as of 2009 through HOMER Energy. Version 2.67 beta (April 2008) was the most recent version at the time of this report.
光伏系统设计步骤
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光伏系统设计步骤
数据分析/工具箱
- 气象、组件数据管理 - 光伏设计工具
- 测量数据管理及分析
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独立光伏系统设计
数学模型
- 目标函数 光伏系统寿命周期内的费用，包括PV方阵、蓄电池组、逆变器等投资、 运行维护费用及更新费用 - 约束条件 最大负荷损失率、最低蓄电池寿命
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